Роботизированная сварка это

Что такое роботизированная сварка

Роботизированная сварка является технологией, при которой металлические детали соединяются посредством сплавления материала за счет высоких температур в полностью или частично автоматическом режиме. В отличие от ручной сварки, где сварщик управляет горелкой вручную, здесь все операции выполняет промышленный робот по предварительно созданной программе.

Манипулятор робота оснащается сварочной головкой с электродом или горелкой, которая перемещается в трехмерном пространстве с точностью до долей миллиметра. Современные сварочные роботы представляют собой многоосевые манипуляторы с пятью или шестью степенями подвижности, что позволяет им выполнять сварку в труднодоступных местах и под любыми углами наклона.

Основные типы роботизированной сварки

Дуговая сварка

Дуговая сварка роботом получила наибольшее распространение в промышленности благодаря универсальности и высокой скорости процесса. При этом методе между электродом и свариваемой деталью создается электрическая дуга, температура которой достигает нескольких тысяч градусов. Существует несколько разновидностей дуговой роботизированной сварки.

MIG и MAG сварка использует плавящийся электрод в среде защитных газов. MIG применяет инертные газы типа аргона, а MAG использует активные газы, например углекислый газ. Этот метод обеспечивает высокую скорость наплавки и подходит для работы с различными пространственными положениями. При оптимальных условиях скорость сварки может достигать высоких значений, особенно при работе с тонкими материалами.

TIG сварка представляет собой высококачественный процесс с неплавящимся вольфрамовым электродом. Метод обеспечивает исключительную точность и применяется для ответственных соединений, где требуется максимальное качество шва.

Точечная контактная сварка

Точечная сварка является первым видом роботизированной сварки, получившим промышленное применение более 50 лет назад. При этом методе между двумя металлическими частями пропускается электрический ток высокой силы, в результате чего металл в точке контакта нагревается и образует сварное соединение. Метод широко применяется в автомобильной промышленности для соединения листовых деталей кузова.

Лазерная сварка

Лазерная сварка роботом использует сфокусированный лазерный луч для соединения деталей с высочайшей точностью. Технология позволяет сваривать детали с минимальной зоной термического влияния и обеспечивает возможность работы на расстоянии до двух метров от свариваемой детали. Метод находит применение в аэрокосмической промышленности и производстве аккумуляторов.

Программирование сварочных роботов

Программирование является ключевым этапом в работе со сварочными роботами. Существует несколько методов создания управляющих программ, которые различаются по сложности и функциональным возможностям.

Онлайн программирование

Онлайн методы предполагают программирование робота непосредственно на рабочем месте. При методе обучения оператор с помощью пульта управления направляет робота в заданные точки траектории, где робот запоминает координаты и параметры движения. Современные системы позволяют оператору вручную направлять сварочную горелку по нужной траектории, после чего робот воспроизводит движение автоматически.

Офлайн программирование

Более продвинутым способом является офлайн программирование, когда программы создаются на обычном компьютере в специализированном редакторе без остановки производственного процесса. Этот подход позволяет проводить виртуальный ввод робототехнического комплекса в эксплуатацию, моделировать процесс сварки на цифровом двойнике и выявлять возможные столкновения еще до начала реальной работы.

Блочное и автоматическое программирование

Современные методы программирования используют визуальные блочные интерфейсы, не требующие глубоких знаний языков программирования. Пользователь соединяет готовые функциональные блоки в последовательность операций, что значительно ускоряет разработку программ и снижает вероятность ошибок. Появились также системы автоматического программирования, которые на основе трехмерной модели узла самостоятельно идентифицируют швы и разрабатывают оптимальную траекторию движения робота.

Преимущества автоматизации сварочных процессов

Высокая производительность

Роботы выполняют сварочные операции значительно быстрее человека. Ключевым показателем эффективности является время работы дуги, которое у роботов достигает 85-95 процентов рабочего времени, тогда как у профессиональных сварщиков этот показатель в среднем составляет 10-30 процентов, в лучшем случае достигая 50 процентов у наиболее опытных специалистов. Причина в том, что людям требуются перерывы на отдых, подготовительные операции занимают значительное время, а усталость снижает концентрацию и скорость работы.

Стабильное качество швов

Роботизированная система обеспечивает идентичность каждого сварного шва благодаря точному контролю всех параметров процесса. Робот поддерживает постоянную скорость сварки, силу тока, напряжение и другие переменные с отклонением не более долей процента. Это особенно важно для ответственных конструкций, где требуется гарантированная прочность соединений.

Снижение расхода материалов

Точность роботизированной сварки приводит к существенной экономии сварочных материалов и электроэнергии. Автоматизация позволяет минимизировать перерасход присадочной проволоки, защитного газа и других расходных материалов. Кроме того, резко сокращается количество брака и необходимость в переделке дефектных швов.

Безопасность труда

Сварочные работы связаны с целым рядом опасных факторов, включая ультрафиолетовое излучение, токсичные испарения, высокие температуры, риск ожогов и поражения электрическим током. Использование роботов позволяет исключить прямое участие человека в опасной зоне, что кардинально повышает безопасность производства и снижает риск производственных травм.

Качество сварных швов при роботизации

Качество сварных соединений является критическим фактором для многих производств. Роботизированная сварка обеспечивает превосходное качество швов благодаря нескольким факторам.

Во-первых, робот выдерживает строго перпендикулярное положение электрода относительно рабочей поверхности на протяжении всего шва, что невозможно для человека при длительной работе. Во-вторых, система адаптивного управления позволяет роботу корректировать параметры сварки в реальном времени на основе данных от различных датчиков и систем технического зрения.

Современные роботизированные комплексы оснащаются системами контроля качества, которые отслеживают температуру, скорость подачи проволоки, расход газа и другие параметры. При обнаружении отклонений система автоматически корректирует процесс или останавливает работу для предотвращения появления дефектов.

Производительность роботизированных систем

Производительность сварочных роботов определяется комплексом факторов и может в несколько раз превосходить показатели ручной сварки. Основные факторы, влияющие на производительность, включают тип сварки, толщину материала, сложность геометрии шва и качество подготовки заготовок.

При дуговой сварке методом MIG скорость процесса варьируется в широких пределах в зависимости от условий. На тонких металлах достижимы более высокие скорости, тогда как при сварке толстых материалов скорость снижается для обеспечения необходимой глубины провара. Точечная контактная сварка может выполнять до 60 точек в минуту при оптимальных условиях.

Критически важным преимуществом является возможность круглосуточной работы. Один робот, работающий в режиме 24/7, может заменить два-три рабочих места со сменным графиком, причем без потери качества от усталости. Переналадка современных роботов с одного типа изделий на другой занимает минимальное время благодаря возможности быстрой загрузки готовых программ.

Применение в серийном производстве

Роботизированная сварка особенно эффективна в условиях серийного и массового производства, где требуется изготовление большого количества однотипных изделий с гарантированным качеством.

Автомобильная промышленность

Автомобилестроение является крупнейшим потребителем сварочных роботов. На современных конвейерах практически каждый кузов автомобиля проходит через роботизированные сварочные линии, где выполняются тысячи точечных и дуговых швов. Применение роботов позволило кардинально повысить качество и снизить массу кузовных конструкций.

Машиностроение и металлоконструкции

В машиностроении роботы используются для сварки корпусных деталей, рам сельскохозяйственной техники, элементов промышленного оборудования. Особенно востребована автоматизация при изготовлении крупногабаритных металлоконструкций, где требуется выполнение длинных швов с высокой точностью.

Судостроение и авиастроение

В этих отраслях роботизированная сварка применяется для соединения алюминиевых сплавов и специальных сталей. Высокие требования к качеству и прочности швов делают автоматизацию особенно привлекательной, так как исключается влияние человеческого фактора на критически важные соединения.

Производство металлической мебели и бытовой техники

Серийное производство металлической мебели, корпусов бытовой техники и других изделий массового спроса также активно использует сварочных роботов. Автоматизация позволяет поддерживать конкурентные цены при высоком качестве продукции.

Выбор оборудования и внедрение

При выборе роботизированного комплекса для сварки необходимо учитывать несколько ключевых факторов. Размер рабочей зоны определяется габаритами свариваемых деталей. Современные промышленные роботы имеют рабочий диапазон от 700 до 3100 миллиметров, что позволяет подобрать оптимальную модель для конкретных задач.

Важным элементом комплекса являются позиционеры, которые удерживают и поворачивают свариваемые детали в оптимальное положение. Грузоподъемность позиционеров может достигать 12 тонн для крупногабаритных изделий. При работе с несколькими роботами требуется синхронизация их действий для предотвращения столкновений и оптимизации рабочего цикла.

Среди ведущих производителей сварочных роботов выделяются японская корпорация FANUC, немецкая компания KUKA, швейцарско-шведская ABB, японская Yaskawa. Для более гибких производств набирают популярность коллаборативные роботы от Universal Robots и других производителей, которые могут безопасно работать рядом с человеком.